不得了，天文知识增加了！

不得了，天文知识增加了！补天之术残章 面对未知的宇宙， 人类永远是个好奇的孩子。 你有关于星星的问题吗？（天文的） 我有答案。（不一定） 一起探索吧！ “不得了，天文知识增加了！”【第7期】 Q1： 于嘉 【提问】如果太阳系有两个太阳会

面对未知的宇宙，

人类永远是个好奇的孩子。

你有关于星星的问题吗？（天文的）

我有答案。（不一定）

一起探索吧！

“不得了，天文知识增加了！”【第7期】

Q1：

于嘉 【提问】如果太阳系有两个太阳会怎么样？会像星球大战中的塔图因星球吗？

A：

星战粉不请自来，《星球大战》系列中塔图因星球（Tatooine）位于星战银河系外环（Outer Rim）的塔图（Tatoo）双星系统，是天行者血脉、命运以及精神的归宿之地，而其著名的“双星日落”也成为了星战系列中反复出现的名场景。

《星球大战 IX》结尾雷伊·PPT·天行者与塔图因双星日落 /

而这一名场景也确实驱动了现实中科学家们对双星以至多恒星系统中系外行星的搜寻。 今天，约有一百个左右的双星系统被证实拥有至少一颗行星环绕，除此之外在一些多星系统中也发现了行星存在。

Kepler-47 系统示意图 /

一些行星围绕双星等效的质量中心旋转（比如开普勒-47系统），这种运行方式的行星系统被分类为 “行星类”（P-Type，塔图因应也属于这一类）系统。而之前提到的一百个左右的拥有行星的双星系统中，大部分则是 “卫星类”（S-Type），即行星主要围绕双星中的一个旋转。同时，科学家们还推测了一种 “特洛伊类”（T-Type）系统，其中的行星位于双星系统的第四、五拉格朗日点处，就像太阳系中的特洛伊小天体一样，但是这样的系统目前还没有被发现过。大家可以思考一下其可行的探测方法， 留作练习。

三类双星周行星系统的示意图 /Roen Kelly, Astronomy

那么回到问题上， 如果我们的行星系统中间是一对双星（例如两个太阳），那作为 P-Type 行星的一系列太阳系内行星上会发生什么呢？M. Cuntz 在 2014 年的研究表明，如果两个太阳相距 0.5 天文单位（日地距离，AU），距其质心 0.92 AU之内的行星轨道将不再稳定（水星、金星 当时就乱了），距质心 1 AU 位置将在宜居带之外（地球将变得适宜烧烤.jpg），而 保守意义上的宜居带则在距质心 1.46-1.54 AU 附近（火星马丁叔叔狂喜）。因此，如果这样一个系统真的存在，那我们大概有机会在气候宜人的火星上观赏到“双星日落”的奇景（由于火星大气的缘故，我们甚至可能有机会看到俩蓝色的太阳落山）。

Cuntz (2014. doi:10.1088/0004-637X/780/1/14) 构建的双太阳模型，红色虚线代表轨道稳定下限，灰色代表不同定义下的宜居带，其中保守的宜居带（Conservative HZ）为深灰色，径向数字单位为 AU。 /

【智能（zhàng）机器人：不是俩月亮就是俩太阳，怎么太阳系就满足不了你们了呢？】

Q2：

吴慧泉 【提问】一颗火流星大约有多重？

A：

宇宙空间中的尘粒和团块在地球引力的牵引下进入大气层，与大气剧烈摩擦燃烧，就化作了流星。我们一般认为亮度较高、发光时间比较长的流星是火流星，但实际上对于这一名词的定义还并未达成共识。一个依据视星等的定义是火流星为亮度达到-14等（比满月还要亮）以上的流星体。

火流星一些火流星亮度甚至超过月亮，即使是白天也可以清晰看到 /黄登一

由于大气阻力， 小于8吨的大多数流星将在空中 失去其所有初始动能，之后以 自由落体的方式再次开始加速； 超过10吨的流星体就能 保留一部分初始速度；而如果有一颗 1000吨的流星体，它的初始速度甚至可以 保留到70%。从这个角度来看， 火流星或许、应当、至少有10吨重。

火流星有时还会伴随爆炸。它们以非常高的速度进入大气层，速度从11km/s到72km/s不等。在这样的速度下，流星表面每平方米所承受的压力可能会到10万公斤。如果结构不够坚固，将会瞬间分崩离析。

Hoba 铁陨石 /

空间中的尘粒和团块质量从几克到上千吨不等。目前地球上最完整、质量最大的陨石是 Hoba铁陨石，其84%是铁，16%是镍，大约80,000年前落在地球上， 现存质量约60吨。造成 通古斯大爆炸的陨石虽然未被找到，但根据推算这颗陨石可能有上千万吨重。

如果只考虑熔化的话，我们可以估算一下一颗 一吨重的流星体A的 初始能量够熔化掉多少质量。回看北天三大流星雨：象限仪座流星雨、英仙座流星雨和双子座流星雨，其中英仙座流星雨的速度较快，大约是58km/s，且火流星较多，就以这个速度作为A的初速度。如果A的主要成分是铁，那么根据铁的熔化方程，我们可以推算出，一颗一吨重的铁流星本身拥有的能量 足够熔化3万倍重的自己。如果流星体A的主要成分是硅酸盐是，尽管硅酸盐种类很多，这里就简单地假设A全是硅酸钙，那么他能熔化掉的质量是铁陨石的一半——也还有自己的 一万多倍重。

也就是说， 流星体的能量完全足够熔化掉自己的全部质量，但这个过程需要时间。如果 流星体足够大，就会作为陨石落在地面上，它的 剩余能量也将向地面输出，砸出一个陨石坑。

【智能（zhàng）机器人：火星：我火流星不要面子的吗？这么大个儿流星说没就没了嘛？】

Q3：

lwbbbbb 【提问】宇宙中的温度是恒定不变的么？宇宙中每个角落的温度都是一样么？如果在变化，那么什么决定温度的变化呢？

A：

一切都要从最初的故事说起。

从宇宙大爆炸开始的宇宙演化 /

刚刚大爆炸过后20-30微秒的宇宙是一锅沸腾的夸克汤，各种基本粒子是汤里的食材，它们在这锅热汤里结合又分离。随着时间的推移，锅（宇宙）变得越来越大，汤开始逐渐冷却，基本粒子相互结合，质子和中子开始了元素核合成。

到宇宙诞生后的38万年后，这锅汤开始分层。当然，这和我们生活中常见的液体冷凝分层并不相同。辐射成分，也就是光子和中微子，不再参与“食材”的相互融合，转而融入进汤中，组成一锅“奶白汤”。

随后物质成分也冷却下来，从气体云开始，孕育出恒星，形成星系，构成我们熟悉的各种物质。 它们的温度也各有不同，太阳表面的温度大约为6000摄氏度，内部进行核聚变的温度有一千五百万摄氏度；而宇宙中最灿烂的烟火，一个大质量恒星生命末期所进行的超新星爆发的温度为大约十亿摄氏度。

而奶白汤（ 辐射成分），则构成弥漫在宇宙中的背景， 充斥在宇宙的每一个角落，构成了著名的 宇宙微波背景辐射，它反映了宇宙诞生38万年时的模样。

宇宙微波背景辐射也是宇宙大爆炸理论的证据之一 /

那时候，宇宙的 温度是比较均匀的，大约为2700摄氏度。 后来随着宇宙的膨胀，宇宙微波背景辐射温度也开始慢慢降低。我们现在所能接受到的来自宇宙各处的宇宙微波背景辐射的温度仅为2.73K(-270摄氏度)。

【智能（zhàng）机器人：道理我都懂，你说的宇宙这锅汤，好吃么？】

Q4：

星尘 【提问】用湿抹布擦过的玻璃形成了类似宇宙大尺度结构的网状水痕，二者之间是否有关系？(一脸严肃)

A：

宇宙的大尺度结构和玻璃上的网状水痕看起来的确十分相似，不过前者是三维空间中的结构，后者却仅存在于二维平面之上。并且两个结构形成的原因也截然不同， 大尺度结构的形成源于引力，而水痕则是由表面张力所造成的。

水在玻璃表面擦拭的痕迹同样呈现纤维状 /

大致上，在天文观测中，尺度在3亿光年左右的宇宙区块依据宇宙学原理是可以视为均一而且各项同性的，这一界限也被称作 浩瀚界限（End of Greatness）。在这个界限之下，我们可以观测到宇宙的纤维状结构，它们也被称为星系长城，长度可以达到数百万光年。

这些构成网状结构的纤维实际上是依附着暗物质形成的，这是由于在宇宙演化过程中，暗物质比发光物质更早冷却下来，在引力扰动下形成团块，这些团块最后演化为网络状的大尺度结构， 暗物质所在的地方就因为引力的存在形成了空间中的一个个深井（引力势阱），而 发光物质在冷却后便纷纷落入势阱中，形成星系和恒星，可以说暗物质支配着整个宇宙的演化过程，并且这一过程我们可以在超级计算机中完整地模拟出来。

计算机模拟从大爆炸后4亿年开始的暗物质（左）和发光物质（右）的协同演化 /illustris

而玻璃上所形成的水痕，则并非引力造成，水分子之间存在相互作用力（范德瓦耳斯力和氢键），而在液体当中他们相互之间的作用力是互相抵消的，但是在表面，水和空气接触面上的水分子受到的作用力则不会相互抵消，而是会指向液体方向，表现为表面张力。

不过就像纤维结构外侧所收到的引力方向会指向结构中心一样，表面张力也指向液体内部，这种方向上的相似使得两者造成的作用结果相当一致。可是大尺度结构的形成需要数十亿年的演化，玻璃上的水痕只消一瞬间就形成了。

宇宙大尺度结构经过多次放大之后依旧可以清晰看到其中的纤维状结构 /

【智能（zhàng）机器人：湿抹布擦完一定要擦干啊，不然玻璃还是会脏的（一脸严肃）】

Q5：

雨霁 【提问】银河系的中心是超大质量的黑洞吗？这个黑洞将来会不会吞噬整个银河系？

A：

由于大量的低温星际尘埃散布在视线方向上，我们并不能利用可见光、紫外线等波段研究银心，但我们在银心所在之处发现了一个致密的 射电信号源人马座A*，由于气体被吸入黑洞之前，会形成吸积盘，辐射出射电波段的信号，而且射电可以穿透气体尘埃，所以可以让我们能够探测到来自于黑洞附近的辐射。在此基础上，我们又通过观测周围恒星的轨道，从而精确计算出中央黑洞的质量。

2017年的时候，事件视界望远镜（ Event Horizon Telescope, EHT）团队在微波波段对银河系中心的黑洞和M87中心的黑洞进行了观测。但因为我们身处银盘上，受到银河系内的气体尘埃的干扰，同时又由于银河系中心黑洞辐射变化的时标很短，所以 银河系黑洞照片的数据处理起来难度很大。尽管科学家们在2019年4月份就已经公布了M87中央黑洞的照片，但至今还没有公布银河系中心的黑洞照片。

2MASS的红外望远镜拍摄到的银心全貌 /G.Kopan

如果银河系真的存在中心黑洞，那么是否它会将整个银河系“干抹净呢 ”吃？ 答案显然是否定的。尽管黑洞有着强大的 破坏力，但却 仅限于一个有限的范围之内。黑洞破坏力范围内的物质都会慢慢被黑洞吞噬； 然而在此范围之外，黑洞同普通天体一样，并没有太大的破坏力。位于银心的超大质量黑洞和太阳系相距甚远，所以我们根本不必担心它会为难我们这些边缘生物两脚兽。

黑洞发出的星风会吹飞四周的气体 /ESA

右侧明亮的白色区域中心是一颗超大质量黑洞 /NASA

非常有趣的是，现代天文学观测表明，黑洞本身质量的增长与星系整体质量的增长是成正比关系的，一些理论模型认为黑洞可以通过喷流或者其它的方式来实现这一过程。

【智能（zhàng）机器人：银河系的超大质量黑洞：“我藏好了~”】

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